DE690995C

DE690995C - Device for taking a voltage that is independent of fluctuations in the supply voltage, preferably for measurement purposes

Info

Publication number: DE690995C
Application number: DE1937S0127225
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Norbert Weyss
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1937-03-15
Filing date: 1937-05-16
Publication date: 1940-05-14

Description

Einrichtung zur Entnahme einer von Schwankungen der Speisespannung unabhängigen _ Spannung, vorzugsweise für Meßzwecke Es ist ein Verfahren zur Entnahme einer gleichbleibenden Spannung, insbesondere für Meßzwecke, aus Netzen mit schwankender Spannung bekanntgeworden, bei dem die Meßspannung an den Diagonalpunkten einer Brückenschaltung abgenommen wird. Zwei gegenüberliegende Zweige der Brückenschaltung bestehen aus Widerständen mit stark positivem Temperaturkoeffizienten, während die zwei anderen aus Widerstandsmaterial mit möglichst kleinem Temperaturkoeffizienten bestehen. Die Widerstände können dann so bemessen werden, daß die Meßspannung nahezu unverändert bleibt, wenn auch die Speisespannung innerhalb eines gewissen Bereiches schwankt. Als Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten werden vorzugsweise Metallfadenlampen benutzt.Device for taking one of fluctuations in the supply voltage independent _ voltage, preferably for measurement purposes There is a method of extraction a constant voltage, especially for measuring purposes, from networks with fluctuating Voltage has become known, in which the measuring voltage at the diagonal points of a bridge circuit is removed. Two opposite branches of the bridge circuit consist of Resistors with a strongly positive temperature coefficient, while the other two consist of resistance material with the lowest possible temperature coefficient. The resistances can then be dimensioned in such a way that the measuring voltage remains almost unchanged remains even if the supply voltage fluctuates within a certain range. Metal filament lamps are preferably used as resistors with a positive temperature coefficient used.

In F'ig. z der Zeichnung ist die beschriebene bekannte Anordnung schematisch dargestellt. Die Brückenschaltung enthält zwei einander gegenüberliegende Metallfadenglühlampen r und 2, während die beiden anderen Brückenzweige aus temperaturunabhängigen Widerständen 3 und q. bestehen. Über die Klemmen 5 und 6 kann die eine Diagonale der Brückenschaltung an eine schwankende Speisespannung U angeschlossen werden, während der Abnahmewiderstand 7 an der anderen Diagonale liegt. Dabei wurden bisher in der Regel zwei gleiche Glühlampen benutzt, deren Widerstände sich bei Speisung der Brücke mit zwei Spannungen Ut und UT entsprechend den Temperaturen t und T von Rt auf RT ändern. Wählt man zwei gleich große temperaturunabhängige Widerstände 3 und 4 vom Betrage R3 = R4 = Ro, so wurde der Widerstandsberechnung bisher die Gleichung zugrunde gelegt. "Es hat sich nun aber gezeigt, daß diese Gleichung (i) nur für den Fall gilt, dafl der Widerstand; in der Meßdiagonale verschwindend klein ist im Vergleich zu den Brüclzenä., widerständen, was nur in den seltenstyii-Fällen zutrifft. Außerdem besagt diese Glc.-# chung nur, daß die Gleichhaltung für ziv Temperaturen t und T gilt, während in dem dazwischenliegenden Bereich mit erheblichen Abweichungen der Meßspannung von dem Sollwert zu rechnen ist, wenn die Grenzen nicht sehr eng gezogen sind.In Fig. The known arrangement described is shown schematically in the drawing. The bridge circuit contains two opposing metal filament incandescent lamps r and 2, while the other two bridge branches consist of temperature-independent resistors 3 and q. exist. One diagonal of the bridge circuit can be connected to a fluctuating supply voltage U via terminals 5 and 6, while the pick-up resistor 7 is on the other diagonal. Up to now, two identical incandescent lamps have generally been used, the resistances of which change from Rt to RT when the bridge is fed with two voltages Ut and UT according to the temperatures t and T. If you choose two equally large, temperature-independent resistors 3 and 4 with the amount R3 = R4 = Ro, then the resistance calculation was previously the equation based on. "It has now been shown, however, that this equation (i) only applies to the case where the resistance; in the measuring diagonal is vanishingly small compared to the bridge-like resistance, which is only true in the seldom cases this equation only applies that the equality applies to ziv temperatures t and T , while in the intermediate range with considerable deviations of the measuring voltage from the nominal value can be expected if the limits are not drawn very closely.

Eine wesentlich genauere Gleichhaltung innerhalb weiterer Grenzen erhält man nun gemäß der Erfindung durch eine solche Wahl dieser Widerstände bezüglich ihrer Temperaturabhängigkeit und eine solche Bemessung der Widerstände, daß die Kurve, die den Zusammenhang des in einem gleichbleibenden Belastungswiderstand fließenden Ausgangsstromes mit der Speisespannung darstellt, zwei ini wesentlichen auf gleicher Höhe liegende Scheitel aufweist.A much more precise equality within wider limits is now obtained according to the invention by such a choice of these resistors with respect to their temperature dependence and such a dimensioning of the resistances that the Curve showing the relationship of the flowing in a constant load resistance Output current with the supply voltage represents, two ini essentially the same Has vertex lying high.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Gleichung (i) allgemein, also auch für einen beliebigen Widerstand des Verbrauchers gilt, wenn man unter Ut und VT die unmittelbar an den betreffenden temperaturabhängigen Widerständen liegende Spannung versteht. In diesem Fall läßt sich die Gleichung (i) in folgender Weise umformen: oder IT (Ro - RT) = Ii (Ro - Rt), wobei 'T und It die Werte der Stromstärke in den temperaturabhängigen Widerständen bei den Temperaturen t und T sind.It has now been shown that equation (i) applies in general, that is to say also for any resistance of the consumer, if Ut and VT are understood to be the voltage directly applied to the temperature-dependent resistors in question. In this case, equation (i) can be transformed in the following way: or IT (Ro - RT) = Ii (Ro - Rt), where 'T and It are the values of the current in the temperature-dependent resistances at temperatures t and T.

In Fig..2 ist eine gleichseitige Hyperbel H gezeichnet, die der Gleichung (2) entspricht und deren eine Asymptote in einem Abstand R, der Abszissenächse (entsprechend dein Heizstrom) parallel liegt, während die andere Asymptote mit der Ordinatenachse y (entsprechend den Widerstandswerten) zusammenfällt. In das gleiche Achsenkreuz ist nun zunächst die Kennlinie K1 eines temperaturabhängigen Widerstandes eingezeichnet, die in zwei den Temperaturen t und T entsprechenden Punkten die Hyperbel H schneidet, in dem Bereich zwischen t und T aber nicht mit der Hyperbel zusammenfällt, Bei Verwendung von Widerständen mit einer der Kennlinie K1 entsprechenden Temperaturabhängigkeit erhält man lediglich für die beiden Temperaturen t und T einen gleichen Wert der Verbraucherspannung, während die Spannung bei allen anderen Temperaturen von dein Sollwert abweicht. Würde man in der Lage sein, einen Widerstand zu finden, dessen Kennlinie wie die mit K, bezeichnete Kurve sich in einem weiteren Bereich mit der Hyperbel H deckt, würde sich innerhalb dieses Bereiches eine @,r-ollkommene Gleichhaltung der Spannung "ergeben. Wenn es nun auch praktisch nicht möglich ist, eine vollkommene Ü'bereinstiininung der Kennlinie K mit der Hyperbel H zu erreichen, so kann man doch durch eine geeignete Auswahl des Werkstoffes und durch eine entsprechende Gestaltung des Leiters die Kennlinie so beeinflussen, daß die betreffende Kurve in zwei entsprechend weit auseinanderliegenden Punkten mit der Hyperbel gemeinsame Tangenten hat, und kann auf diese Weise die Bedingung erfüllen, daß die Kurve, die den Zusammenhang des in dein Verbraucher fließenden Ausgangsstromes mit der Speisespannung darstellt, zwei auf gleicher Höhe liegende Scheitel aufweist. Eine solche Beeinflussung ist bei Metallfadenlampen z. B. durch eine geeignete- Ausbildung der Halterung des Glühfadens möglich.In Fig..2 an equilateral hyperbola H is drawn, which corresponds to equation (2) and whose one asymptote lies parallel to the abscissa axis (corresponding to the heating current) at a distance R, while the other asymptote lies with the ordinate axis y (corresponding to the resistance values ) coincides. The characteristic curve K1 of a temperature-dependent resistor is now drawn in the same axis cross, which intersects the hyperbola H at two points corresponding to the temperatures t and T , but does not coincide with the hyperbola in the area between t and T the temperature dependency corresponding to the characteristic curve K1 is obtained only for the two temperatures t and T an identical value of the load voltage, while the voltage deviates from your setpoint at all other temperatures. If one were to be able to find a resistor whose characteristic curve, like the curve marked with K, coincides with the hyperbola H in a wider area, then within this area there would be a perfect equalization of the voltage " It is now also practically impossible to achieve a perfect match between the characteristic K and the hyperbola H , but by a suitable selection of the material and an appropriate design of the conductor, the characteristic can be influenced in such a way that the curve in question becomes has two correspondingly far apart points in common with the hyperbola, and in this way it can meet the condition that the curve representing the relationship between the output current flowing into the consumer and the supply voltage has two peaks at the same height In the case of metal filament lamps, for example, by suitably designing the holder of the filament m possible.

Fig.3 stellt den Zusammenhang zwischen dem in dem gleichbleibenden Verbraucherwiderstand 7 fließenden Ausgangsstrom J" und der Speisespannung U an den Klemmen 5, 6 für verschiedene Werte von R, dar, wobei wieder angenommen ist, daß die Beträge Rg und R4 der Widerstände 3 und d. einander gleich sind. Dabei ist vorausgesetzt, daß als temperaturabhängige Widerstände i und 2 Metallfadenglühlampen für .a. V und 2"I Watt Belastung benutzt werden, deren Kennlinie annähernd der in Fig. "2 mit K., bezeichneten entspricht. -Der Belastungswiderstand 7 hat einen Wert von i o Olim. Man erhält also die jeweilige Ausgangsspannung U" in mV, wenn man den betreffenden Wert des Stromes J" in mA mit io multipliziert.Fig.3 shows the relationship between that in the constant Load resistor 7 flowing output current J "and the supply voltage U to terminals 5, 6 for different values of R, again assuming that the amounts Rg and R4 of the resistors 3 and d. are equal to each other. It is provided that the temperature-dependent resistors i and 2 metal filament light bulbs for a. V and 2 "I watt load can be used, whose characteristic curve approximates that in "2 with K., corresponds to. -The load resistor 7 has a value by i o Olim. So you get the respective output voltage U "in mV, if you the relevant value of the current J "in mA multiplied by io.

-11i Fig.3 sind die betreffenden Kurven für die Werte R3 = Ra = Ro = 4.; 6; 7,0; 74; 7,7 und 1o Olim eingezeichnet. Man ersieht daraus, daß die Kurven für Werte R, < 7 Oliin einen Scheitel bei Spannungen U= i,2 Volt aufweisen. Die Kurven für Werte R, > 7,7 Ohm erreichen ihren Höchstwert erst bei Spannungen U > 3 Volt. Man erkennt nun weiter, daß für 7,0 d2 < R, < 7,7 2 die betreffenden Kurven zwei Scheitel von im wesentlichen gleicher Höhe zeigen, von denen der eine etwa bei U= 1,2 Volt liegt und der andere zwischen den Werten U = 2,5 und U = 3 Volt. Dabei sinken die Kurven zwischen diesen beiden Scheiteln nur wenig ab. Wenn man z. B. den Wert R, =;,.I Oliiii wählt, so ergibt sich angenähert eine Gleichhaltung der Stromstärke J" bzw. der Ausgangsspannung U" innerhalb der sehr weiten Grenzen von etwa U= I,I bis etwa U=3,3Volt, also innerhalb Schwankungen der Speisespannung U im Verhältnis I : 3, wobei die Ausgangsspannung nur um etwa +o,81110 schwankt.-11i Fig.3 are the relevant curves for the values R3 = Ra = Ro = 4 .; 6; 7.0; 74; 7.7 and 1o Olim are shown. It can be seen from this that the curves for values R, <7 Oliin have a peak at voltages U = 1.2 volts. The curves for values R,> 7.7 ohms only reach their maximum value at voltages U> 3 volts. It can now also be seen that for 7.0 d2 <R, < 7.7 2 the relevant curves show two peaks of essentially the same height, one of which is approximately at U = 1.2 volts and the other between the values U = 2.5 and U = 3 volts. The curves between these two peaks drop only slightly. If you z. If, for example, the value R, =;,. I Oliiii is selected, the result is approximately equalization of the current J "or the output voltage U" within the very wide limits of about U = I, I to about U = 3.3 volts, thus within fluctuations of the supply voltage U in the ratio I: 3, the output voltage fluctuating only by approximately + 0.81110.

Wenn eine noch genauere Gleichhaltung gewünscht wird, so ist es zweckmäßig, die Widerstände R3 und l24 so zu wählen, daß eine der beiden Wendetangenten der betreffenden Kurve parallel zur Abszissenachse verläuft. Wählt man z. B. R3 = R4 = 7,7 Ohm, so ist die erste Wendetangente parallel zur Abszissenachse gerichtet, und man erkennt aus Fig.3, d-aß die betreffende Kurve über den Bereich von U - I,2 ... 1,8 Volt praktisch völlig mit der ersten Wendetangente übereinstimmt, so daß innerhalb dieser allerdings nicht so weiten Grenzen eine genaue Gleichhaltung der Ausgangsspannung erfolgt. Noch günstiger liegen die Verhältnisse bei der Wahl R° = 7,0 Ohm, wobei die Kurve innerhalb der Grenzen von 1,6 ... 2,5 Volt praktisch genau waagerecht verläuft.If an even more exact equality is desired, it is advisable to choose the resistors R3 and l24 so that one of the two tangent tangents of the curve in question runs parallel to the axis of the abscissa. If you choose z. B. R3 = R4 = 7.7 ohms, the first turning tangent is directed parallel to the abscissa axis, and one recognizes from Fig. 3, d-aß the relevant curve over the range from U - I, 2 ... 1.8 Volt practically completely coincides with the first turning tangent, so that within these limits, however, the output voltage is kept exactly the same. The ratios are even more favorable if R ° = 7.0 ohms, with the curve running practically exactly horizontally within the limits of 1.6 ... 2.5 volts.

Es ist ein weiterer besonderer Vorzug der durch die Erfindung gegebenen Bemessungsregel, daß sich bei beliebigen Werten des Belastungswiderstandes 7 stets ein 'und derselbe günstigste Wert R° ergibt. In dem beschriebenen Beispiel hatte sich ein Wert R° = 7,4 Ohm ergeben für den Fall, daß die beiden Scheitel genau die gleiche Höhe aufweisen. Zur Erläuterung dieser Verhältnisse dient Fig.4, für die angenommen ist, daß der aus Fig.3 erkennbare günstigste Wert R° = 7,4 Ohm beibehalten und nunmehr der Wert Ra des Belastungswiderstandes 7 zwischen o und ioo Ohm verändert wird. Für die Werte Ra = o; i; 5; iö und ioo Ohm sind in Fig. 4 die Kurven dargestellt, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstrom Ja -und der Speisespannung U angeben. Man erkennt aus ihnen, daß, tatsächlich bei sämtlichen Werten von Ra die Kurven zwei Scheitel in gleicher Höhe zeigen: Dabei nimmt die gegenseitige Entfernung .der Scheitel mit zunehmenden Werten von Ra ab, wobei sich die Lage der Scheitel nach zunehmenden Werten der Speisespannung U verschiebt.It is another particular benefit that is given by the invention Dimensioning rule that for any values of the load resistance 7 there is always one and the same most favorable value R ° results. In the example described, had a value R ° = 7.4 ohms result for the case that the two vertices are exactly the have the same height. 4 is used to explain these relationships, for which it is assumed that the most favorable value R ° which can be seen from FIG. 3 is retained = 7.4 ohms and now the value Ra of the load resistor 7 changed between 0 and 100 ohms will. For the values Ra = o; i; 5; iö and ioo ohms are shown in Fig. 4, the curves, which indicate the relationship between the output current Ja and the supply voltage U. It can be seen from them that, in fact, the curves for all values of Ra show two vertices at the same height: the mutual distance increases Vertices with increasing values of Ra, whereby the position of the vertices changes according to increasing values of the supply voltage U shifts.

Dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die in Fig. i dargestellte bekannte Brückenschaltung zugrunde gelegt, bei der je zwei paarweise gegenüberliegende Widerstände gleich groß sind. Die Widerstände können aber auch verschieden groß bemessen sein. Statt der Brückenschaltung gemäß Fig. i kann auch eine Schaltung gemäß Fig. 5 gewählt werden. Bei dieser ist die Speisespannung U an die Klemmen 5 und 6 eines Spannungsteilers 8, 9 angeschlossen, an dem die Reihenschaltung eines Widerstandes io mit stark positivem Temperaturkoeffizienten und eines temperaturunabhängigen Widerstandes I I liegt. Der Belastungswiderstand 7 ist einerseits an den Abzweigpunkt des Spannungsteilers 8, 9 und andererseits an die Verbindungsleitung zwischen der Widerständen io und ii angeschlossen. Auch in diesem Fall kann der Widerstand io bezüglich seiner Temperaturabhängigkeit so gewählt, und die Widerstände können gemäß der Erfindung so bemessen werden, daß die Kurve, die den Zusammenhang des in dem Widerstand 7 fließenden Stromes IQ mit der Speisespannung U darstellt, zwei im wesentlichen auf gleicher Höhe liegende Scheitel aufweist. Im übrigen gelten die an Hand des auf der bekannten Brückenschaltung gemäß Fig. i aufgebauten Ausführungsbeispiels dargelegten Beziehungen sinngemäß auch für die in Fig. 5 dargestellt Schaltung. Dabei kann der Spannungsteiler 8, 9 aber auch'von einer mit einer Anzapfung versehenen Transformatorwicklung gebildet werden, wenn es sich um den Anschluß der Anordnung an ein Wechselstromnetz handelt. Dadurch kann man gewissermaßen eine Normalspannungswechselstromquelle schaffen als Speisestromquelle gleichbleibender Spannung für Wechselstrommeßgeräte beliebiger Art. Andererseits kann man als Spannungsteiler auch eine als Stromquelle dienende Batterie benutzen. Auf diese Weise kann man z. B. ein Gerät bauen, das aus einer Trockenbatterie gespeist wird und praktisch innerhalb der gesamten Lebensdauer der Batterie eine für die meisten Meßzwecke genügend genau gleichbleibende Spannung liefert.The embodiment described is that shown in FIG known bridge circuit is based, in which two opposite pairs Resistances are the same. However, the resistances can also be of different sizes be measured. Instead of the bridge circuit according to FIG. I, a circuit can also be used can be selected according to FIG. In this case, the supply voltage U is applied to the terminals 5 and 6 of a voltage divider 8, 9 connected to which the series connection of a Resistance io with a strongly positive temperature coefficient and a temperature-independent one Resistance I I lies. The load resistor 7 is on the one hand at the branch point of the voltage divider 8, 9 and on the other hand to the connecting line between the Resistors io and ii connected. In this case, too, the resistance can be io so selected with regard to its temperature dependence, and the resistances can according to of the invention are dimensioned so that the curve that corresponds to the in the Resistance 7 represents the flowing current IQ with the supply voltage U, essentially two has vertices lying at the same height. Otherwise, the following apply on the known bridge circuit according to FIG The relationships set out above also apply analogously to the circuit shown in FIG. The voltage divider 8, 9 can also be provided with a tap Transformer winding are formed when it comes to connecting the arrangement acts on an alternating current network. This can be used as a normal voltage alternating current source create a constant voltage as a supply current source for alternating current measuring devices of any kind. On the other hand, a voltage divider can also be used as a current source Use dedicated battery. In this way you can z. B. build a device that is fed from a dry battery and practically throughout the entire service life the battery has a sufficiently constant voltage for most measuring purposes supplies.

Allgemein kann man die Erfindung bei einer Schaltung benutzen, bei der zwei Widerstände mit verschiedener Temperaturabhängigkeit in Reihenschaltung an der Speisespannung liegen und der Verbraucher einerseits an den Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände und andererseits nicht an eine Ausgangsklemme, sondern an eine Klemme angeschlossen ist, deren Potential zwischen dem der Ausgangsklemmen liegt und entweder durch unmittelbare Unterteilung- der Speisestromquelle -oder mittels eines besonderen Spannungsteilers gewonnen wird.In general, the invention can be used in a circuit at of the two resistors with different temperature dependencies in series connection on the supply voltage and the consumer on the one hand to the connection point of these two resistors and, on the other hand, not to an output terminal, but is connected to a terminal whose potential is between that of the output terminals lies and either by direct subdivision of the supply current source -or is obtained by means of a special voltage divider.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for taking a voltage independent of fluctuations in the supply voltage, preferably for measuring purposes, using a circuit in which two resistors with different temperature dependencies are connected in series to the supply voltage and the consumer is connected to the connection point of these two resistors and to a terminal whose potential lies between that of the output terminals to which the fluctuating supply voltage is applied, characterized by such a choice of these resistors with regard to their temperature dependence and such a dimensioning of the resistances that the curve, which is the relationship of the flowing in a constant load resistance (7) Output current (Yes) with the supply voltage (U), has two peaks lying essentially at the same level.

2. Device according to claim i, characterized in that the curve showing the relationship of the output current (J ") with the fluctuating supply voltage (U) represents a such a course shows that one of the turning tangents runs parallel to the abscissa axis.